BIM技術(shù)應(yīng)用于糖機(jī)設(shè)備維修實(shí)踐教學(xué)的探索

雷光鴻，郭榮來(lái)，黃 凱，寧方堯

（1.廣西工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院，廣西 南寧 530001；2.中國(guó)輕工業(yè)廣州工程有限公司，廣東 廣州 510000）

1 引言

制糖產(chǎn)業(yè)是廣西的傳統(tǒng)優(yōu)勢(shì)產(chǎn)業(yè)，是“千億元產(chǎn)業(yè)工程”重點(diǎn)發(fā)展產(chǎn)業(yè)，糖產(chǎn)量占全國(guó)總產(chǎn)量的60%以上。隨著中國(guó)綜合實(shí)力的高速增長(zhǎng)，5G時(shí)代的來(lái)臨，計(jì)算機(jī)技術(shù)在制糖生產(chǎn)管理中顯得更為重要。BIM是一個(gè)以可視化技術(shù)與數(shù)字化信息技術(shù)為基礎(chǔ)而形成的一種項(xiàng)目管理措施，使用BIM技術(shù)將能夠創(chuàng)建集合糖廠建筑物、設(shè)施和管線于一身的3D模型，并通過(guò)BIM虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)實(shí)現(xiàn)糖廠設(shè)備安裝維護(hù)維修的可視化管理。通過(guò)軟件功能設(shè)計(jì)、開(kāi)發(fā)、集成和應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)糖廠生產(chǎn)設(shè)備基于BIM模型的信息擴(kuò)展和交互應(yīng)用。能夠直觀的表現(xiàn)出糖廠建筑物、設(shè)施和管線等施工信息，也有助于糖廠設(shè)備管理檢修養(yǎng)護(hù)部門(mén)工作人員更有效、直接的了解設(shè)備現(xiàn)狀以及安裝維護(hù)狀況，對(duì)設(shè)備在生產(chǎn)安裝中出現(xiàn)的空間沖突等問(wèn)題加以分析，從而提高糖廠設(shè)備安裝保養(yǎng)維修工作的順利開(kāi)展，更好的實(shí)現(xiàn)糖廠設(shè)備綜合維護(hù)巡檢管理的效果，優(yōu)化工藝流程，有效提升糖廠設(shè)備綜合維護(hù)管理各個(gè)環(huán)節(jié)的施工效果，為廣西糖業(yè)在工業(yè)4.0時(shí)代實(shí)現(xiàn)智慧糖業(yè)提供保障。

2 BIM技術(shù)在糖機(jī)設(shè)備維修實(shí)踐教學(xué)中應(yīng)用的必要性

2.1 高職制糖專業(yè)設(shè)備維修實(shí)踐教學(xué)的不足

對(duì)于高職制糖專業(yè)學(xué)員而言，在糖機(jī)技術(shù)設(shè)備維修專業(yè)課教育當(dāng)中的概念是比較抽象且拗口的，由于有許多繁雜的龐大設(shè)施，而相應(yīng)的知識(shí)點(diǎn)較分散，對(duì)問(wèn)題進(jìn)行分類(lèi)又較繁雜，所以老師在授課的過(guò)程中所使用的方式并沒(méi)有完全符合學(xué)員需要，就會(huì)出現(xiàn)授課困難和工作效率降低的狀況。在糖機(jī)技術(shù)設(shè)備維修實(shí)習(xí)教學(xué)當(dāng)中，也往往出現(xiàn)測(cè)量工位不夠的狀況，這也是困擾課堂教學(xué)當(dāng)中的一個(gè)問(wèn)題。由于測(cè)量工位不夠，所以在授課時(shí)學(xué)員們都是輪流對(duì)糖機(jī)設(shè)施進(jìn)行維修操作，這導(dǎo)致授課過(guò)程中浪費(fèi)時(shí)間。因?qū)W校授課老師數(shù)量有限，無(wú)法合理對(duì)每一位學(xué)員作出正確的引導(dǎo)，因此無(wú)法及時(shí)發(fā)現(xiàn)每一位學(xué)員的缺點(diǎn)，不僅影響到學(xué)員實(shí)際操作能力的提高，而且削弱了學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性，學(xué)生也無(wú)法更好的掌握操作技能。

2.2 將BIM技術(shù)應(yīng)用在糖機(jī)設(shè)備維修實(shí)踐教學(xué)中的必要性

在制糖機(jī)設(shè)備維修過(guò)程中，維修的快慢主要在于拆開(kāi)與組裝所耗費(fèi)的時(shí)間，為了更好的進(jìn)行維修工作，就必須有嫻熟的技術(shù)并且掌握各項(xiàng)相關(guān)技能。從目前來(lái)看，糖機(jī)設(shè)備維修主要是按照實(shí)訓(xùn)的模式展開(kāi)教學(xué)工作的，這種方式需要有大量的設(shè)備器材應(yīng)用于教學(xué)過(guò)程中，投資較大，且教學(xué)實(shí)習(xí)的場(chǎng)地也足夠，教學(xué)訓(xùn)練時(shí)間長(zhǎng)。但是學(xué)生的實(shí)際操作機(jī)會(huì)很少，加長(zhǎng)了學(xué)生實(shí)際掌握技術(shù)的周期。因此，如何能夠在短時(shí)間內(nèi)讓學(xué)生掌握技術(shù)是老師考慮的主要問(wèn)題。隨著B(niǎo)IM技術(shù)的開(kāi)發(fā)，在糖機(jī)設(shè)備的教育環(huán)境中利用信息技術(shù)資源，運(yùn)用BIM方法，可以有效的減少課堂的學(xué)習(xí)時(shí)間，并很大程度降低了場(chǎng)地使用和設(shè)備的開(kāi)支，既減輕了老師的壓力，也可以提高課堂效率，提升教學(xué)質(zhì)量。

3 BIM技術(shù)在糖機(jī)設(shè)備維修實(shí)踐教學(xué)中應(yīng)用的意義

將BIM技術(shù)用于糖機(jī)設(shè)備維修實(shí)踐教學(xué)的課程中。既能為學(xué)校節(jié)省部分教學(xué)資金和資源，還能幫助學(xué)生增強(qiáng)理論知識(shí)，提升操作技能水平。

3.1 減輕授課教師的壓力

上課教師們對(duì)糖機(jī)設(shè)備維修過(guò)程逐一加以講解，包括所需的工具、如何使用以及使用技巧等，這些可能要花一上午的時(shí)間也只能為學(xué)生講解一遍糖機(jī)設(shè)備操作技巧，但如果能使用制糖設(shè)備的虛擬軟件，學(xué)生就可以利用該軟件來(lái)完成實(shí)際的操作演示，同時(shí)配合線上教師的介紹，既能夠幫助學(xué)生更好地掌握知識(shí)和加強(qiáng)記憶，又提高了學(xué)生學(xué)習(xí)糖機(jī)設(shè)備的興趣，同時(shí)教師也能夠在實(shí)際講授的過(guò)程中及時(shí)解答學(xué)生的疑問(wèn)，針對(duì)性的對(duì)問(wèn)題進(jìn)行解答，讓傳統(tǒng)的教學(xué)模式發(fā)生轉(zhuǎn)變。

3.2 節(jié)約教學(xué)資源，提升教學(xué)質(zhì)量

糖機(jī)設(shè)備裝配維修的教學(xué)流程中使用了BIM軟件，堅(jiān)持虛實(shí)結(jié)合，營(yíng)造職場(chǎng)情境，由于糖機(jī)設(shè)備的操控性極強(qiáng)，而且糖機(jī)設(shè)備拆卸太多會(huì)導(dǎo)致實(shí)訓(xùn)過(guò)程工具與機(jī)械設(shè)備之間的磨損，通過(guò)虛擬現(xiàn)實(shí)仿真等培訓(xùn)，可以克服傳統(tǒng)課程中難以呈現(xiàn)的細(xì)節(jié)、作業(yè)環(huán)境與場(chǎng)景脫節(jié)、針對(duì)學(xué)員職業(yè)素質(zhì)提升不足等問(wèn)題，從而提升教學(xué)質(zhì)量。讓學(xué)生掌握正確的糖機(jī)設(shè)備拆卸方法后再去操作實(shí)物，即可保證在最小程度上對(duì)設(shè)備造成損壞。

在糖機(jī)設(shè)備維修教學(xué)活動(dòng)中，利用計(jì)算機(jī)BIM模式向?qū)W員講解有關(guān)知識(shí)點(diǎn)，并進(jìn)行多人共同作業(yè)，能減輕老師的工作強(qiáng)度。同時(shí)，由于虛擬仿真技術(shù)只需對(duì)軟件不斷更新與升級(jí)就能適應(yīng)學(xué)校對(duì)糖機(jī)教學(xué)設(shè)備更新發(fā)展的需求，因此也為學(xué)校節(jié)省了購(gòu)置更新實(shí)驗(yàn)設(shè)施的投資，也解決了學(xué)校資金不足，教育設(shè)備簡(jiǎn)陋的難題。

4 糖廠制糖車(chē)間工藝設(shè)備BIM仿真模型制作

4.1 主要糖廠壓榨工藝設(shè)備的BIM設(shè)計(jì)模型

甘蔗堆場(chǎng)設(shè)備：喂蔗臺(tái)、電動(dòng)雙梁抓斗橋式起重機(jī)、卸蔗操控臺(tái)。

甘蔗預(yù)處理設(shè)備：輸蔗機(jī)1#、蔗屑清掃器1#、理平機(jī)、蔗刀機(jī)、蔗料稱、輸蔗機(jī)2#、蔗屑清掃器2#、打散機(jī)、撕解機(jī)、快速皮帶輸蔗機(jī)、電磁除鐵器。

壓榨間設(shè)備：高位槽1#～5#、壓榨機(jī)本體1#～5#、壓榨機(jī)下送輥及三梳裝置、接汁盆1#～5#、卸渣槽、壓榨機(jī)驅(qū)動(dòng)電機(jī)1#～5#、減速齒輪箱1#～5#、中間輸送機(jī)1#～4#、潤(rùn)滑系統(tǒng)、壓榨機(jī)油壓系統(tǒng)、膠囊式蓄能器1#～12#、油壓站（含油箱、高壓柱塞泵）、滲透水箱、滲透水泵1#~2#、滲透汁箱1#～3#、滲透汁泵1#～4#、滲透汁曲篩1#～3#、混合汁箱、混合汁泵、圓筒篩、螺旋輸送機(jī)、混合汁貯箱、混合汁泵（篩后）1#～2#、電動(dòng)雙梁雙鉤橋式起重機(jī)、壓榨機(jī)操作平臺(tái)、篩平臺(tái)。

4.2 BIM模型中的設(shè)備綁定

將設(shè)備編碼為索引，并與BIM模式中的設(shè)備加以綁定。綁定之后，在通過(guò)對(duì)BIM模式中設(shè)備實(shí)施使用時(shí)，系統(tǒng)能夠自動(dòng)從設(shè)備臺(tái)賬模塊中，把模型綁定對(duì)于設(shè)備的臺(tái)賬信息，在BIM模型中進(jìn)行展示，方便設(shè)備狀態(tài)的查詢。

4.3 BIM模型設(shè)備安裝、拆卸及設(shè)備工藝流程開(kāi)發(fā)

糖廠的設(shè)計(jì)和施工過(guò)程中，既往的許多作業(yè)過(guò)程，都是使用了以往的經(jīng)驗(yàn)作業(yè)方式進(jìn)行的，盡管對(duì)過(guò)去并不會(huì)造成很大的影響，但對(duì)現(xiàn)代化的設(shè)計(jì)操作來(lái)說(shuō)，卻是存在著很多困難的。當(dāng)BIM方法在設(shè)備裝配中使用后，施工管理不再按照經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｊ酵瓿桑菚?huì)對(duì)各項(xiàng)工作進(jìn)行詳細(xì)的分析和整理。運(yùn)用BIM技術(shù)對(duì)設(shè)備工藝流程進(jìn)行仿真模擬展示。系統(tǒng)能夠模擬糖廠物料、汽、水在工藝流程中的流向問(wèn)題。

系統(tǒng)在實(shí)現(xiàn)當(dāng)選定喂蔗臺(tái)撕解機(jī)高位槽壓榨機(jī)（含本體、下送輥及三梳裝置）接汁盆卸渣槽中心物料輸送圓筒篩潤(rùn)滑系統(tǒng)壓榨機(jī)液壓控制系統(tǒng)等關(guān)鍵設(shè)備時(shí)，用戶還可以進(jìn)行機(jī)械設(shè)備的拆卸和裝配虛擬現(xiàn)實(shí)交互仿真作業(yè)，從而有效地減少了施工成本和提升施工效果，在施工過(guò)程中可以明顯的提升精確度，為機(jī)械設(shè)備維修管理節(jié)約了成本、提高質(zhì)量、縮短工期。通過(guò)利用BIM技術(shù)方法，運(yùn)用模塊化的方式進(jìn)行定期數(shù)據(jù)分析，對(duì)管理工作當(dāng)中的不足進(jìn)行討論，并找到解決的方法，在管理工作當(dāng)中積極的推進(jìn)，防止了因設(shè)備安裝維護(hù)等管理工作中的問(wèn)題而產(chǎn)生惡性循環(huán)現(xiàn)象。

5 BIM技術(shù)在糖機(jī)設(shè)備維修實(shí)踐教學(xué)中的具體應(yīng)用

5.1 BIM技術(shù)糖機(jī)設(shè)備可視化管理

糖廠可視化設(shè)備管理是指以糖廠設(shè)備BIM數(shù)字虛擬模型為基礎(chǔ)的一種管理活動(dòng)，包括設(shè)備臺(tái)賬管理可視化和檢修拆裝設(shè)備過(guò)程中的4D方案模擬。首先，需要通過(guò)Autodesk Revit等建模軟件建立糖廠設(shè)備的3D虛擬模型。其次，可以將設(shè)備相關(guān)的文檔及圖紙資料等臺(tái)賬信息與3D虛擬模型相關(guān)聯(lián)形成BIM數(shù)字虛擬模型，為日常的設(shè)備臺(tái)賬管理活動(dòng)提供依據(jù)。另外，在企業(yè)的機(jī)械設(shè)備檢修及拆裝等施工作業(yè)中，還可以通過(guò)BIM和虛擬模式對(duì)企業(yè)機(jī)械設(shè)備裝配施工中的各個(gè)環(huán)節(jié)進(jìn)行完整的動(dòng)態(tài)仿真，有利于企業(yè)施工隊(duì)伍形象、具體、直觀地提前掌握整個(gè)施工流程，從而科學(xué)、合理地制訂施工進(jìn)度規(guī)劃，直觀、準(zhǔn)確地了解機(jī)械設(shè)備的檢修進(jìn)度，對(duì)各個(gè)機(jī)械設(shè)備維修部件的配合工作做統(tǒng)一的管理和全盤(pán)的掌控，從而有利于企業(yè)壓縮工期，減少建設(shè)成本。

5.2 BIM技術(shù)糖機(jī)設(shè)備維修模擬仿真系統(tǒng)

在虛擬環(huán)境中，學(xué)員能夠操縱虛擬的制糖工業(yè)過(guò)程、糖機(jī)設(shè)備等體形很大的零件，完成不同形態(tài)的操作，包括將糖機(jī)設(shè)備解剖、擴(kuò)大變小、左右運(yùn)動(dòng)、正反翻轉(zhuǎn)等等。虛擬的環(huán)境，不管是糖機(jī)設(shè)備還是基本構(gòu)造進(jìn)行全面考察并進(jìn)一步理解，讓正在進(jìn)行維修學(xué)習(xí)的學(xué)生，能夠隨時(shí)觀察糖機(jī)設(shè)備的基本構(gòu)造，進(jìn)而比較直觀、簡(jiǎn)單、迅速、有效的理解和牢固把握糖機(jī)設(shè)備的基本構(gòu)造。老師在向?qū)W員介紹了基本知識(shí)之后，學(xué)生就能夠在電腦上進(jìn)行初期的糖機(jī)設(shè)備維修練習(xí)，身臨其境的課堂教學(xué)環(huán)境，降低了學(xué)生學(xué)習(xí)難點(diǎn)，讓學(xué)生更進(jìn)一步的了解掌握專業(yè)知識(shí)的重點(diǎn)和難題，進(jìn)而提高學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性，讓學(xué)生在真正的設(shè)備維修時(shí)能夠更加順利的進(jìn)行。

5.3 BIM技術(shù)糖機(jī)設(shè)備維修虛擬仿真評(píng)估考核

在實(shí)際的課程中，通過(guò)操作將計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的各大數(shù)據(jù)處理特性有機(jī)融合，讓模擬技術(shù)中對(duì)相關(guān)信息的計(jì)算更為精確。在具有評(píng)估考核條件的地方，可以進(jìn)行不限量的網(wǎng)絡(luò)仿真考核或者單機(jī)自測(cè)。既可以對(duì)全部的試題同時(shí)進(jìn)行考核，也可以分組進(jìn)行逐一評(píng)估。而各個(gè)地區(qū)均具有相應(yīng)的評(píng)分要求，評(píng)估考核項(xiàng)目通常包括修理成績(jī)和根據(jù)維修結(jié)果計(jì)算機(jī)自主統(tǒng)計(jì)操作的成績(jī)，老師將根據(jù)評(píng)估成績(jī)進(jìn)行全面評(píng)價(jià)。而經(jīng)過(guò)全面的考核，老師將合理的評(píng)估學(xué)員掌握課程內(nèi)容的效果?？己隧?xiàng)目可以包括基礎(chǔ)知識(shí)、實(shí)訓(xùn)技能、自評(píng)、互評(píng)等。通過(guò)這樣的方法，能夠幫助學(xué)習(xí)者認(rèn)識(shí)到教學(xué)過(guò)程中的不足，從而進(jìn)行進(jìn)一步的練習(xí)來(lái)鞏固對(duì)知識(shí)點(diǎn)的積累。

6 總結(jié)

綜上所述，隨著社會(huì)的發(fā)展和進(jìn)步，制糖設(shè)備深受新技術(shù)的發(fā)展和運(yùn)用的影響，將虛擬仿真技術(shù)運(yùn)用到糖機(jī)設(shè)備維修的實(shí)際教學(xué)之中，既能讓傳統(tǒng)的教學(xué)理念從根本上發(fā)生變化，而且能在一定程度上提升教學(xué)效率和效果。